JP2000028938A

JP2000028938A - アレイ型光変調素子、アレイ型露光素子、及び平面型ディスプレイの駆動方法

Info

Publication number: JP2000028938A
Application number: JP10197733A
Authority: JP
Inventors: Koichi Kimura; 宏一木村
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1998-07-13
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2000-01-28

Abstract

(57)【要約】【課題】出力光量を低減させることなく、素子の必要
な応答時間を十分に長く設定し、素子の設計自由度を向
上させ、周辺回路の負担を軽減しつつ、１画面の露光時
間を極端に短縮することができるアレイ型光変調素子、
アレイ型露光素子の駆動方法を提供する。【解決手段】可撓薄膜３９を有する光変調部５１を一
次元又は二次元に配列し、この光変調部５１の可撓薄膜
３９を静電気応力により変形させ、可撓薄膜３９を透過
する光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子５７の
駆動方法において、１フィールド期間に各走査の間隔を
重みづけ制御して複数回走査することにより階調を得
る。また、このような駆動方法により駆動される光変調
部５１を要部として用い、アレイ型露光素子、又は平面
型ディスプレイを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、オン・オフの２値
の光変調動作により多階調を得るアレイ型光変調素子、
アレイ型露光素子、及び平面型ディスプレイの駆動方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】アレイ型光変調素子としては、ＬＣＤ、
電気光学結晶（例えばＡＤＰ：ＮＨ₄Ｈ₂ＰＯ₄）等があ
るが、前者は紫外光変調が困難であり、速度も遅い。後
者は２次元アレイ化が困難であり、駆動電圧が高い。こ
れらの課題を解決する光変調素子としては、可撓薄膜を
静電気応力により変形させ、光の透過率を変化させるア
レイ型光変調素子がある。このアレイ型光変調素子とし
て下記の例が知られている。（ａ）Deformable Grating Light Valves for High Res
olution DisplaysSolid-State Sensor and Actuator Wo
rkshop, 1994, pp.1-6 （ｂ）A New Reflective FPD Technology Using Interf
errometric Modulation1997 SID International Sympos
ium Digest of Technical Papers, pp.71-74 （ｃ）Large-Area Micromechanical Display1997 IDRC,
pp.230-233 上記（ａ）は回折格子型の反射光変調素子であり、
（ｂ）は干渉型の反射光変調素子であり、（ｃ）は全反
射導光を利用した光変調素子である。上記の各例は何れ
も一方の薄膜電極が可動（可撓）で、他方の電極を固定
電極とした構成である。両電極間に電圧を印加すると、
電極間に働く静電気応力により薄膜電極が固定電極に向
かって撓み、これに伴う素子の光学的変化により光変調
が行なわれる。このタイプの光変調素子は、薄膜の構
造、材料を適宜選択することにより低電圧で高速な駆動
（応答時間１μｓ以下）が可能である。また、印加電圧
に対する薄膜の変位の関係は一般にヒステリシス特性と
なり、２次元アレイ化の場合には単純マトリクス素子構
成の駆動が可能であり、高精細な素子を低価格で実現す
ることが可能である。上記例以外では、板バネに支持さ
れた遮光板を静電気力により移動させ、光の透過率を変
化させる方式等の各種方式が存在する。また、紫外光の
平面光源を上記アレイ型光変調素子により変調し、その
出力光を紫外光で励起発光する蛍光体プレートに照射し
て可視化表示するディスプレイとすることも可能であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記文
献例のアレイ型光変調素子においては、その特性から一
般的に２値の安定状態しか得られない。多階調を得る方
法として、１画面を構成するフレーム期間内を複数のフ
ィールドにより分割走査し、フレーム期間内の透過光時
間制御により階調を得る時間分割方式や、１画素を複数
の変調要素に分割して階調を得る画素分割方法、空間デ
ィザ方法、又はこれらの組合わせによる多階調方法が提
案されている。上記文献例においても、時間分割方法が
提唱されている。しかし、上記文献例では、その具体的
な駆動方法の例が示されていない。また、アレイ型光変
調素子を表示素子に応用する場合、一般に時間分割方法
は、単純な行順次走査方法によると、１行の走査時間を
τ、アレイ型変調素子の行数をｎ、階調数を２５６とす
ると、フリッカを発生させないためには下記条件を満た
す必要がある。（２５６−１）τｎ ≦ １６.７ｍｓ従って、１行の走査時間τの条件は、 τ ≦ ６５ｎｓ（ｎ＝１０００のとき） τ ≦ ３３ｎｓ（ｎ＝２０００のとき）となり、素子の高速応答が求められる。素子を構成する
薄膜の構造・材料の適宜選択し、駆動電圧を高くするこ
とにより、上記の条件で示された応答時間に設定するこ
とも可能であるが、素子の設計自由度が低くなり、高い
駆動電圧に起因する消費電力や発熱量の増大、更には素
子の駆動回路や制御回路に高速性が求められ、コストア
ップすることになる。

【０００４】本発明は上記問題点に鑑みてなされたもの
で、第一の目的とするところは、可撓薄膜を有する光変
調部を１次元又は２次元に配列し、静電気応力により可
撓薄膜を変形させ或いは遮光板を移動させて光の透過率
を変化させるアレイ型光変調素子の駆動方法において、
出力光量を低減させることなく、素子の必要な応答時間
を十分に長く設定し、素子の設計自由度を向上させ、周
辺回路の負担を軽減しつつ、１画面の露光時間を極端に
短縮することができるアレイ型光変調素子、アレイ型露
光素子の駆動方法を提供することにある。

【０００５】また、第二の目的とするところは、ヒステ
リシス特性やメモリー性が十分でない光変調素子であっ
ても、アクティブマトリクス構成として多階調駆動を行
うことができ、素子の設計自由度を向上させることがで
きるアレイ型光変調素子、アレイ型露光素子の駆動方法
を提供することにある。

【０００６】更に、第三の目的とするところは、紫外線
をアレイ型光変調素子により変調し、その出力光を紫外
線で励起発光する蛍光体プレートに照射して可視化表示
する平面型ディスプレイの駆動方法において、明るさを
低減させることなく、素子の必要な応答時間を十分に長
く設定し、素子の設計自由度を向上させ、周辺回路の付
帯を軽減しながら、フリッカやちらつきを発生させるこ
となく１画面のフレーム周期を短縮することができる平
面型ディスプレイの駆動方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る請求項１のアレイ型光変調素子の駆動方
法は、可撓薄膜を有する光変調部を１次元又は２次元に
配列し、該光変調部の前記可撓薄膜を静電気応力により
変形させ、光の透過率を変化させるアレイ型光変調素子
の駆動方法において、１フィールド期間に各走査の間隔
を重みづけして複数回走査することにより階調を得るこ
とを特徴とするものである。

【０００８】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
可撓薄膜を静電気応力により変形させて光透過率を変化
させるアレイ型光変調素子において、走査タイミングの
重み付け周期が制御され、画像データ書き込み時間が十
分に応答可能な値になり、変調出力光量に損失が生じず
に、多階調化が可能になる。

【０００９】請求項２のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記各走査は、相異なる複数の時間間隔毎になされ
る選択走査を時間的に多重化し、この多重化走査を受け
た相異なる複数の行から、時分割によって１つの選択行
を決定することを特徴とする。

【００１０】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調素子の全ての行を相異なる複数の時間間隔毎に選
択走査することで、複数の選択走査の間隔が組み合わさ
れ、走査回数が少なくても階調数が飛躍的に増加され
る。また、複数の選択走査が時間的に多重化され、これ
らを時分割による行選択によって画像データの書き込み
を行うことで、１画面の走査期間におけるＯＮ時間が大
幅に短縮される。

【００１１】請求項３のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記複数の時間間隔が、２の等比数列１：２：…
……：２^(g-1)｛ｇは正の整数｝であることを特徴とす
る。

【００１２】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
２の等比級数による時間間隔に設定することで、効率よ
く多階調駆動を行うことができる。

【００１３】請求項４のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記選択行の走査時間をτ、前記複数の時間間隔数
をｇとしたとき、基本周期ｇτで行選択を行うことを特
徴とする。

【００１４】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調素子の行選択は、選択行の走査時間τと複数の時
間間隔数ｇとの積が基本周期となるため、階調数に関係
する時間間隔数が増加しても１画面の走査期間における
ＯＮ時間を大きく増大することがなくなる。

【００１５】請求項５のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記複数回の走査は、走査シーケンスの位相が隣接
する行で互いに略１８０゜異なるインターレース走査で
あることを特徴とする。

【００１６】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
１画面の切換周波数をノンインターレースの周波数の略
１／２にすることができる。従って、必要な走査時間τ
を２倍程度長くすることができ、アレイ型光変調素子に
要求される応答性がより低く抑えられる。

【００１７】請求項６のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記光変調部の駆動が、走査された信号電極に、信
号電圧を直接印加する単純マトリクス駆動であることを
特徴とする。

【００１８】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
単純マトリクス駆動において、走査タイミングの重み付
け周期が制御され、画像データ書き込み時間が十分に応
答可能な値になる。

【００１９】請求項７のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記光変調部の駆動が、走査された信号電極に、能
動手段を介して信号電圧を印加するアクティブマトリク
ス駆動であることを特徴とする。

【００２０】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
アクティブマトリクス駆動において、走査タイミングの
重み付け周期が制御され、画像データ書き込み時間が十
分に応答可能な値になる。

【００２１】請求項８のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記能動手段が、半導体スイッチであることを特徴
とする。

【００２２】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調部が、半導体スイッチにより動作されてアクティ
ブマトリクス駆動が可能となる。

【００２３】請求項９のアレイ型光変調素子の駆動方法
は、前記能動手段が、静電気応力によって可撓薄膜を作
動させる機械的導電スイッチであることを特徴とする。

【００２４】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
光変調部が、静電気応力によって可撓薄膜を作動させる
機械的導電スイッチにより動作されてアクティブマトリ
クス駆動が可能となる。

【００２５】請求項１０のアレイ型露光素子の駆動方法
は、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載のアレイ型
光変調素子の駆動方法によって露光光を光変調し、多階
調露光させることを特徴とする。

【００２６】このアレイ型露光素子の駆動方法では、画
像データ書き込み時間が十分に応答可能な値になり、高
速な露光での多階調駆動が可能になる。

【００２７】請求項１１のアレイ型露光素子の駆動方法
は、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載のアレイ型
光変調素子の駆動方法によって露光光を光変調し、該露
光光を蛍光体によって可視光、又は赤外光に波長変換
し、多階調露光させることを特徴とする。

【００２８】このアレイ型露光素子の駆動方法では、露
光光が蛍光体によって可視光、又は赤外光に波長変換さ
れ、可視光又は赤外光感光材料等への高速な露光での多
階調駆動が可能になる。

【００２９】請求項１２のアレイ型光変調素子の駆動方
法は、前記光変調部によって光変調される光が、紫外線
であることを特徴とする。

【００３０】このアレイ型光変調素子の駆動方法では、
変調光が紫外線となることで、紫外線励起蛍光体による
ＲＧＢの可視光表示が可能となると共に、比較的安価な
低圧水銀ランプの使用が可能になる。

【００３１】請求項１３の平面型ディスプレイの駆動方
法は、請求項１〜請求項９のいずれか１項記載のアレイ
型光変調素子の駆動方法によって出射光を光変調し、該
出射光によって蛍光体を発光表示させることを特徴とす
る。

【００３２】この平面型ディスプレイの駆動方法では、
出射光によって蛍光体が発光表示され、視野角依存のな
い高画質で高速な発光表示での多階調駆動が可能にな
る。

【００３３】請求項１４の平面型ディスプレイの駆動方
法は、前記光変調部によって光変調される光が、紫外線
であることを特徴とする。

【００３４】この平面型ディスプレイの駆動方法では、
変調光が紫外線となることで、紫外線励起蛍光体による
ＲＧＢの可視光表示が可能になると共に、比較的安価な
低圧水銀ランプの使用が可能になる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るアレイ型光変
調素子の駆動方法の好適な実施の形態を図面を参照して
詳細に説明する。図１は本発明に係る第１実施形態の駆
動方法に用いるアレイ型光変調素子の平面図、図２は図
１のＡ−Ａ断面図、図３は図１のＢ−Ｂ断面図、図４は
図１に示したアレイ型光変調素子の動作状態を説明する
断面図である。

【００３６】可撓薄膜を電気機械動作させて光変調させ
る動作原理としては、ファブリペロー干渉を利用するこ
とができる。ファブリペロー干渉では、二枚の平面が向
かい合わせに平行に配置された状態において、入射光線
は、反射と透過を繰り返して多数の光線に分割され、こ
れらは互いに平行となる。透過光線は、無限遠において
重なり合い干渉する。面の垂線と入射光線のなす角をｉ
とすれば、相隣る二光線間の光路差はｘ＝ｎｔ・ｃｏｓ
ｉで与えられる。但し、ｎは二面間の屈折率、ｔは間隔
である。光路差ｘが波長λの整数倍であれば透過線は互
いに強め合い、半波長の奇数倍であれば互いに打ち消し
合う。即ち、反射の際の位相変化が無ければ、２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝ｍλ で透過光最大となり、２ｎｔ・ｃｏｓｉ＝（２ｍ＋１）λ／２で透過光最小となる。但し、ｍは正整数である。

【００３７】次に、光変調部の構成を説明する。変調さ
れる光に対して透明な基板３１上には、誘電体多層膜ミ
ラー３３を設けてある。基板３１上には、誘電体多層膜
ミラー３３を挟んで両側に一方の電極（走査電極）３５
を一対設けてある。この走査電極３５の例としては金属
材料等が好ましい。基板３１上には、電極３５の左右側
（図１の左右側）に支柱３７を設けてある。支柱３７に
は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミッ
ク、樹脂などを用いることができる。支柱３７の上端面
には、可撓薄膜であるダイヤフラム３９を設けてある。
このダイヤフラム３９には、ポリシリコンなどの半導
体、絶縁性のシリコン酸化物、シリコン窒化物、セラミ
ック、樹脂などを用いることができる。ダイヤフラム３
９の下面には、誘電体多層膜ミラー４１を設けてある。
誘電体多層膜ミラー３３と誘電体多層膜ミラー４１との
間には、空隙４３が形成されている。ダイヤフラム３９
の表面には、電極３５と対向するように、他方の電極
（信号電極）４５を一対設けてある。この電極は、例え
ば電極３５と同様の材料のものを用いることができる。
尚、図３中の、４７はスペーサである。

【００３８】この基板３１は、板状の平面光源４９（図
４参照）の上方に設けられる。そして、平面光源４９の
側面には例えばブラックライト用紫外線ランプ（低圧水
銀ランプ）５５を配設してある。

【００３９】基板３１、誘電体多層膜ミラー３３、４
１、支柱３７、ダイヤフラム３９、電極３５、４５は、
光変調部５１を構成している。

【００４０】次に、このように構成した光変調部５１を
有するアレイ型光変調素子５７の基本動作を説明する。
図４に示すように、板状の平面光源ユニット５３の側面
には、ブラックライト用紫外線ランプ（低圧水銀ラン
プ）５５を配設してある。平面光源４９は、ブラックラ
イト用低圧水銀ランプからの紫外線を側面から取り入れ
て、図４の上面から出射する。

【００４１】図５はブラックライト用低圧水銀ランプの
分光特性を示す説明図、図６は光変調素子の光強度透過
率を示す説明図である。低圧水銀ランプ５５の内壁にブ
ラックライト用の蛍光体（例えば、ＢａＳｉ₂Ｏ₅：Ｐ
ｂ²⁺) を塗布した場合、その発光紫外線の分光特性は、
図５のようになる。即ち、３６０ｎｍ付近に中心波長λ
₀を持つ。この紫外線をバックライト光として使用す
る。

【００４２】このように構成される光変調部５１におい
て、電圧ＯＦＦのときの空隙４３の間隔をｔoff とする
（図４の左側の状態）。これは素子作製時に制御可能で
ある。また、電圧を印加したとき静電気力により空隙４
３の間隔が短くなるが、これをｔonとする（図４の右側
の状態）。ｔonの制御を安定して行うには、この例のよ
うに、変位が一定となるようにスペーサ４７を電極上に
形成してもよい。このスペーサは絶縁体の場合、その比
誘電率（１以上）により、印加電圧を低減する効果があ
る。また、導電性の場合には、更にこの効果は大きくな
る。また、電極とスペーサとは、同一材料で形成しても
よい。

【００４３】ここで、ｔon、ｔoff を下記のように設定
する。ｔon ＝１／２×λ₀＝１８０ｎｍ（λ₀：紫外線の中
心波長）ｔoff ＝３／４×λ₀＝２７０ｎｍ

【００４４】また、誘電体多層膜ミラー３３、４１は、
光強度反射率をＲ＝０．８５とする。更に、空隙４３は
空気又は希ガスとし、その屈折率はｎ＝１とする。紫外
線は、コリメートされているので光変調部５１に入射す
る入射角ｉ（面の垂線と入射光線とのなす角）は、略ゼ
ロである。このときの光変調部５１の光強度透過率は図
６のようになる。従って、電圧を印加しないときはｔof
f ＝２７０ｎｍであり、紫外線はほとんど透過しない。
一方、電圧を印加してｔon＝１８０ｎｍとなると、紫外
線は透過する。

【００４５】この光変調部５１を有したアレイ型光変調
素子５７によれば、このようにして、ダイヤフラム３９
を撓ませることにより、ファブリペロー型の干渉効果を
発生させて、紫外線の光変調を行うことができる。

【００４６】尚、干渉の条件を満たせば、空隙４３の間
隔、屈折率ｎ、誘電体多層膜ミラー３３、４１の光強度
反射率Ｒ等はいずれの組合せでも良い。また、前述の例
においては干渉効果を利用した光変調素子を示したが、
静電気応力により薄膜を撓ませたり遮光板を移動させる
ことにより光の透過率又は反射率を変化させる光変調を
行い、且つ、その安定状態が少なくとも２値である光変
調素子であれば、その素子の構成や方式は何れのもので
あってもよい。、

【００４７】次に、このアレイ型光変調素子５７の単純
マトリクス駆動の場合の駆動方法を説明する。図７は
印加電圧と光透過率との特性を示したヒステリシス線
図、図８はマトリクス状に光変調部を配置したアレイ型
光変調素子の平面図、図９は走査電極電圧及び信号電極
電圧の組み合わせと、光変調部の電極間電圧との関係を
示した説明図である。駆動方法の説明に先立ち、先ずダ
イヤフラム３９の印加電圧と光透過率との特性を説明す
る。可撓薄膜であるダイヤフラム３９を静電気応力によ
って変形及び弾性復帰させる場合、印加電圧Ｖgsと、ダ
イヤフラム３９の変位との関係は、ヒステリシス特性を
示す。従って、印加電圧Ｖgsと、光透過率Ｔとの関係
も、図７に示すようなヒステリシス特性を示す。

【００４８】このヒステリシス特性によれば、光変調部
５１は、ＶgsがＶth(L) 以下であると、ＯＦＦ（光遮
蔽）状態を維持する。一方、ＶgsがＶs (H) 以上になる
と、光変調部５１は、ＯＮ（光透過）状態に飽和する。
その後、光変調部５１は、ＶgsがＶth(H) 以上ではＯＮ
状態を維持したままとなる。そして、ＶgsがＶs (L) 以
下になると、光変調部５１は、ＯＦＦ状態に飽和する。
即ち、光変調部５１は、ＶgsがＶth(H) とＶth(L) との
範囲であれば、Ｖgsの履歴によって、Ｔ（ＯＮ）、Ｔ
（ＯＦＦ）の二つの状態を得ることができる。尚、Ｖgs
の極性が負の場合には、上述と縦軸対象の特性になる。

【００４９】本実施形態では、図８に示すように、二行
二列のマトリクスの各交点Ｔr(1,1)、Ｔr(1,2)、Ｔr(2,
1)、Ｔr(2,2)に光変調部５１を配置し、アレイ型光変調
素子５７を構成してある。各光変調部５１は、一画素の
領域に対応させてある。

【００５０】同じ行に配列された光変調部５１のそれぞ
れの電極は、共通に接続して走査電極としてある。この
走査電極には電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配
列された光変調部５１のそれぞれの電極は、共通に接続
して信号電極としてある。この信号電極には電位Ｖb が
印加される。従って、各光変調部５１に印加される電極
３５、４５間の電圧Ｖgsは（Ｖb −Ｖg ）となる。

【００５１】アレイ型光変調素子５７を駆動するには、
走査信号に従って、行順次に電極４５を走査し、これと
同期させ、走査された電極４５に対応するデータ信号を
電極３５に印加する。

【００５２】ここで、走査電極には、リセット信号、選
択信号、非選択信号の三種類の信号（電圧）が与えられ
る。リセット信号は、光変調部５１の以前の状態に拘わ
らず、その行の光変調部５１をＯＦＦ（光遮蔽）にす
る。この時の走査電極の電圧をＶg(r)とする。

【００５３】選択信号は、その行にデータを書き込むた
めの信号である。この信号と同時に、信号電極に印加さ
れた電圧に従い、光変調部５１の状態がＯＮ（光透過）
又はＯＦＦ（光遮蔽）に決定される。この時の走査電極
の電圧をＶg(s)とする。

【００５４】非選択信号は、選択がなされないときの信
号である。この時、信号電極の電圧に拘わることなく光
変調部５１の状態は変わらず、前の状態が維持される。
この時の走査電極の電圧をＶg(ns) とする。

【００５５】一方、信号電極には、ＯＮ信号、ＯＦＦ信
号の二種類の信号（電圧）が与えられる。ＯＮ信号は、
選択された行の光変調部５１に対し、光変調部５１の状
態をＯＮ（光透過）にする。この時の信号電極の電圧を
Ｖb(on) とする。

【００５６】ＯＦＦ信号は、選択された行の光変調部５
１に対し、光変調部５１の状態をＯＦＦ（光遮蔽）にす
る。但し、実際には、直前で光変調部５１がリセットさ
れることを想定しているので、光変調部５１の状態をＯ
ＦＦ（光遮蔽）にする場合は、前の状態（ＯＦＦ状態）
を維持する信号でよい。この時の信号電極の電圧をＶb
(off)とする。

【００５７】以上の走査電極電圧、信号電極電圧の組み
合わせにより、光変調部５１の電極間電圧Ｖgsは、以下
の６種類の電圧に分けられる。また、電極間電圧Ｖgsと
透過率の特性により、特定の条件が与えられることにな
る。

【００５８】Ｖgs(r-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(r) ≦ Ｖs(L) Ｖgs(r-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(r) ≦ Ｖs(L) Ｖgs(s-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(s) ≧ Ｖs(H) Ｖgs(s-off) ＝Ｖb(off)−Ｖg(s) ≦ Ｖth(L) Ｖgs(ns-on) ＝Ｖb(on) −Ｖg(ns) ≦ Ｖth(L) Ｖgs(ns-off)＝Ｖb(off)−Ｖg(ns) ≧ Ｖth(H)

【００５９】以上の条件をまとめると、図９に示すとお
りになる。例えば、走査電極電圧Ｖg がリセットＶg(r)
で、信号電極電圧Ｖb がＯＮ即ちＶb(on) の場合には、
Ｖs(H)より大きい値の信号電極電圧Ｖb （図中太実線６
１）から、Ｖs(H)とＶth(L) との間の値の走査電極電圧
Ｖg （図中太実線６３）が減算され、その値（図中太実
線６５）がＶs(L)より小さくなる。即ち、Ｖgs(r-on)≦Ｖs(L) となる。その他同様にして、６種類の電圧が定まること
になる。

【００６０】次に、このような電極間電圧Ｖgsと透過率
との関係を利用して、光変調部５１を２次元に配置した
マトリクスにデータを書き込む方法を説明する。マトリ
クスとしては、図８に示した２行２列のマトリクスを用
いてデータの書き込みを行う。マトリクスの各光変調部
５１には、以下のＯＮ、ＯＦＦデータを書き込むものと
する。Ｔr(1,1) → ＯＮＴr(1,2) → Ｏ
ＦＦＴr(2,1) → ＯＦＦＴr(2,2) → ＯＮ

【００６１】マトリクスには、図１０に示すような波形
の電圧を印加する。例えば、１行目Ｖg(1)には、ｔ１：リセット電圧ｔ２：選択電圧ｔ３：非選択電圧ｔ４：非選択電圧を印加する。１列目Ｖb(1)には、ｔ１：don't care ｔ２：ＯＮ電圧ｔ３：ＯＦＦ電圧ｔ４：don't care を印加する。これにより、各光変調部５１に所望のデー
タが行順次で書き込まれる。

【００６２】即ち、例えば上述の１行１列目のマトリク
スＴr(1,1)の場合では、Ｖgs：Ｖb(1)−Ｖg(1)であるか
ら、ｔ１：リセット電圧（ＯＦＦ）ｔ２：ＯＮｔ３＝状態維持ｔ４＝状態維持となる。

【００６３】従って、ｔ２におけるＯＮの状態が維持
（メモリー）され、その結果、マトリクスＴr(1,1)は光
変調部５１が「ＯＮ」の状態となる。その他、同様にし
て、他のマトリクスＴr(1,2)は「ＯＦＦ」、Ｔr(2,1)は
「ＯＦＦ」、Ｔr(2,2)は「ＯＮ」の状態となる。

【００６４】図１２はｎ行ｍ列のマトリクスを示す説明
図である。上述の単純マトリクス駆動における周期ｔ
１、ｔ２、ｔ３、ｔ４・・・を、基本周期τとする。上
述の例では、各行の画素に画像データを書き込むため
に、リセットを行う期間τと、データを書き込む期間τ
を必要とし、合わせて２τの期間が必要とされる。しか
し、リセットは選択されている行と他の行と同時に行わ
れるので、実際には各行に必要なデータ書き込み時間は
τとなる。従って、図１２に示すようなｎ行ｍ列のマト
リクスの場合、全行を走査する時間は、ｎτ〔sec 〕と
なる。

【００６５】次に、本実施形態の多階調駆動方法を説明
する。図１１は、図１２に示す単純マトリクスにおける
走査信号のタイミングと走査タイミングラインを説明す
る図である。図１１は従来の行順次の走査タイミングを
示しており、走査信号Ｖｇ１、・・・、Ｖｇｎは、画像
データ書き込み期間τ毎に順次選択となる。この様子を
模式化したものが図１１の下側の図であり、時間と共に
選択される行が順次下方に移る様子を走査タイミングラ
インに示している。従来の行順次の場合は、行数をｎと
すると、期間ｎτ後に走査タイミングが１行目に戻る。
図１３は本実施形態における書き込み走査のタイミング
チャートである。尚、この図では８階調のタイミングを
示している。

【００６６】図１３において、斜め線（ａ）、（ｂ）、
（ｃ）は画像データを書き込む走査タイミングラインで
ある。ここで、走査タイミングライン（ａ）と走査タイ
ミングライン（ｂ）の時間間隔をＴab、走査タイミング
ライン（ｂ）と走査タイミングライン（ｃ）の時間間隔
をＴbc、走査タイミングライン（ｃ）と破線の走査タイ
ミングライン（ａ）の時間間隔をＴcaとすると、それら
の比をＴab：Ｔbc：Ｔca＝１：２：４に設定する。具体
的にはＴab：Ｔbc：Ｔca＝（３／７）ｎτ：（６／７）
ｎτ：（１２／７）ｎτに設定する。このようにする
と、どの行も３回の画像データ書き込み走査で８階調
（２³階調）の露光を行うことができる。

【００６７】尚、本来、同時に複数行の書き込み走査
（行選択）を行うことはできない。したがって、実際に
は、走査タイミングライン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に従
って行われる行選択信号のタイミングは、期間（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）に各々割り当てられ、これにより走査タ
イミングラインの重複するところは期間（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）で時分割に行選択が行われる。

【００６８】図１４及び図１５は、図１３中の時刻ｔ１
と時刻ｔ２における、行選択信号タイミングと走査タイ
ミングラインとの関係を示している。図１４の時刻ｔ１
では、走査タイミングライン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が
重複しているが、実際の行選択信号のタイミングは、走
査タイミングライン（ａ）では期間（Ａ）で行選択が行
われ、走査タイミングライン（ｂ）では期間（Ｂ）で行
選択が行われ、走査タイミングライン（ｃ）では期間
（Ｃ）で行選択が行われる。即ち、重複する複数の走査
タイミングラインの中から時分割により１つの行が選択
される。

【００６９】図１５の時刻ｔ２においても、走査タイミ
ングライン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）が重複しているが、
実際の行選択信号のタイミングは、走査タイミングライ
ン（ａ）では期間（Ａ）で行選択が行われ、走査タイミ
ングライン（ｂ）では期間（Ｂ）で行選択が行われ、走
査タイミングライン（ｃ）では期間（Ｃ）で行選択が行
われる。即ち、重複する複数の走査タイミングラインの
中から、時分割により１つの行が選択される。従って、
各走査タイミングラインに基づいて行われる行選択の周
期は３τになる。

【００７０】次に図１６は、図１３に示した多階調駆動
方法による出力光の例である。この場合、Ｔab：Ｔbc：
Ｔca＝（３／７）ｎτ：（６／７）ｎτ：（１２／７）
ｎτ（＝１：２：４）であるので、２³＝８階調を得る
ことがができる。

【００７１】まず、１行目の例について説明する。階調

〔０〕のときは、画像データ書き込み走査タイミングラ
イン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）による書き込みデータを全
てＯＦＦにする。この結果出力光は全てＯＦＦとなり、
１画面の走査期間におけるＯＮ時間はゼロとなる。階調
〔５〕のときは、画像データ書き込み走査タイミングラ
イン（ａ）、（ｂ）、（ｃ）による書き込みデータを各
々ＯＮ、ＯＦＦ，ＯＮにする。この結果出力光は、Ｔab
＋Ｔcaの時間ＯＮとなり、１画面の走査期間におけるＯ
Ｎ時間は（１５／７）ｎτとなる。階調〔７〕のとき
は、画像データ書き込み走査タイミングライン（ａ）、
（ｂ）、（ｃ）による書き込みデータを全てＯＮにす
る。この結果出力光はＴab＋Ｔbc＋Ｔcaの時間ＯＮとな
り、１画面の走査期間におけるＯＮ時間は３ｎτとな
る。

【００７２】このようにして、階調レベルと１画面の走
査期間におけるＯＮ時間が比例した多階調駆動を行うこ
とができる。

【００７３】この実施形態において、階調数をｇビッ
ト、即ち２^g階調とすると、１画面に必要な走査時間Ｔ
₀は、Ｔ₀＝ｇｎτ〔sec 〕ここで、フリッカ（ちらつき）を防止するためには、１
画面切替周波数ｆ₀が、ｆ₀＝１／Ｔ₀≧６０〔Ｈｚ〕である必要がある。従って、画像データ書込み時間τ
は、次式の条件を満たす必要がある。 τ≦１／（６０ｇｎ）〔sec 〕

【００７４】ここで、走査タイミングの重み付け周期を
厳密に制御する場合、各行の走査タイミングは、１：２・・・２^(g-1)〔ｇ：１、２・・・〕のような数列になる。このために、実際のパネルの行数
ｎは、ｎ＝ｋ（２^g−１）〔ｋ：整数〕を満たす必要がある。しかし、ｎが上式を満たさない場
合は、仮想の行を付加して全体の行数ｎ'をｎよりも大
きい最低の数とする。従って、仮想行数ｎ'は、ｎ'＝ｋ（２^g−１）≧ｎを満たし、最低の数となるようにｋを決定する。

【００７５】ここで、階調数を２５６（＝２⁸）と１０
２４（＝２¹⁰）の場合に分けて、下表１で示される一般
的ディスプレイの画素数から、必要なτの値を算出す
る。 τ≦１／（６０ｇｎ'）〔sec 〕

【００７６】

【表１】

【００７７】尚、走査タイミングの重み付け周期を厳密
に制御せず、実用的な階調数で制御する場合、上述した
仮想行数を実際のパネル行数に近づけることが十分可能
である。この場合、必要なτは上表１の値より長くても
良い。

【００７８】また、上述した実施形態の走査手順に従
い、隣接する行の走査タイミングの位相を略πずらして
インターレース走査することも可能である。この場合フ
リッカを発生させない１画面の切替周波数は、ノンイン
ターレースの周波数の略１／２にすることができる。従
って、必要なτは、上述の略２倍程度長くすることがで
きる。

【００７９】上記表によるτの値は、本発明の対象であ
る可撓薄膜を静電気により変形／復帰させるアレイ型光
変調素子において、その駆動電圧、素子構造、サイズ、
材料からは十分応答可能な値である。例えば、下記文献
の実例における応答時間は２０ｎｓである。 Deformable Grating Light Valves for High Resolutio
n DisplaysSolid-State Sensor and Actuator Worksho
p, 1994, pp.1-6R.B.Apte, F.S.A.Sandejas, W.C.Banya
i, D.M.Bloom 本実施形態による表１の結果では、上記文献例の応答時
間より十分長く、素子設計の自由度の向上、及び駆動電
圧の低減等が可能である。

【００８０】次に、本発明に係る駆動方法の第２実施形
態を説明する。この実施形態では、上述の第１実施形態
に用いるアレイ型光変調素子を半導体スイッチによりア
クティブ駆動させる場合を説明する。図１７は第２実施
形態に用いる光変調部の平面図、図１８は図１７のＣ−
Ｃ断面図、図１９は図１７のＤ−Ｄ断面図、図２０は図
１７に示した画素部の等価回路図である。

【００８１】本実施形態によるアレイ型光変調素子７１
は、画素毎に能動素子（例としてＴＦＴ）７３を設けて
ある。ＴＦＴ７３は、ゲート電極７５、絶縁膜７７、ａ
−Ｓｉ：Ｈ層７９、ドレイン電極８１、ソース電極８３
から構成される。また、このＴＦＴ７３は、基板８５上
に形成される。

【００８２】ＴＦＴ７３のソース電極８３には、画素電
極８７が接続される。ドレイン電極８１には、列毎の画
像信号ライン８９が接続される。ゲート電極７５には、
行毎の走査信号ライン９１が接続される。

【００８３】画素電極８７は、光変調部９３にある可撓
薄膜９５の上部に積層される。可撓薄膜９５は、支柱９
７に架橋される。また、画素電極８７と対向して、基板
８５には共通電極９９が設けられ、電位Ｖｃｏｍが印加
される。

【００８４】このように構成されたアレイ型光変調素子
７１の動作を説明する。図２０は半導体トランジスタに
よるアクティブマトリクスの等価回路図である。光変調
部９３では、ゲート電極７５に接続された走査信号ライ
ン９１にＴＦＴ７３を導通させる電圧Ｖg-onが印加され
る。そして、ドレイン電極８１に接続された画像信号ラ
イン８９に所望の画像信号電圧Ｖb が印加されると、ド
レイン電極８１とソース電極８３とが導通する。従っ
て、画像信号電圧が、画素電極８７に印加されることに
なる。これにより、共通電極９９の電位Ｖcom と画素電
極８７の電位との電圧Ｖgs（Ｖb −Ｖcom ）により静電
気応力が働き、所望の光変調を行う。

【００８５】この後に他の行の走査のため、ＴＦＴ７３
が非導通となっても上述の光変調状態は維持され、複数
の行のマトリクス変調が可能となる。

【００８６】図２１に示すｎ行×ｍ列のアクティブマト
リクスの構成例では、走査信号ライン９１に順次走査電
圧を印加し、これに接続されているＴＦＴ７３を一斉に
オン状態とする。同時に、画像信号ライン８９から画像
信号電圧Ｖb を印加し、ＴＦＴ７３を通して各画素の静
電容量に電荷を蓄積する。１行の走査が終了すると、Ｔ
ＦＴ７３はオフ状態となり、画素容量に蓄積された電荷
はそのまま保持されることになる。

【００８７】図２２は二行二列に配列した半導体アクテ
ィブマトリクスの等価回路図、図２３は半導体アクティ
ブマトリクスの各光変調部に異なる波形の電圧を印加し
てデータを書き込む方法の説明図である。尚、光変調素
子の印加電圧Ｖgsと光透過率Ｔの特性は、上述の単純マ
トリクス駆動で説明した特性（図７参照）と同じとす
る。

【００８８】ここで、図２２に示す二行二列の画素電極
に、以下の電位を書き込む具体的な駆動方法を説明す
る。Ｔr(1,1)＝ＯＮＴr(1,2)＝ＯＦＦＴr(2,1)＝ＯＦＦＴr(2,2)＝ＯＮ

【００８９】同じ行に配列したＴr(1,1)、Ｔr(1,2)、又
はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極８７は、共通の走査信
号ライン９１に接続してある。この走査信号ライン９１
には、電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配列した
Ｔr(1,1)、Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電
極は、共通の画像信号ラインに接続してある。この画像
信号ラインには、電位Ｖb が印加される。

【００９０】このように構成したアクティブマトリクス
素子を駆動するには、走査信号に従って、行順次にＴr
(1,1)、Ｔr(1,2)、又はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極
を走査し、これと同期させ、走査された画素電極に対応
するデータ信号を列に配列したＴr(1,1)、Ｔr(2,1)、又
はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電極に印加する。

【００９１】この際、マトリクスには、図２３に示すよ
うな波形の電圧を印加する。例えば、１行目Ｖg(1)に
は、ｔ１：走査ＯＮ（導通）電圧ｔ２：走査ＯＦＦ（非導通）電圧を印加する。

【００９２】２行目Ｖg(2)には、ｔ１：走査ＯＦＦ（非導通）電圧ｔ２：走査ＯＮ（導通）電圧を印加する。

【００９３】１列目Ｖb(1)には、ｔ１：Ｔr(1,1)へＯＮ（透過）電圧ｔ２：Ｔr(2,1)へＯＦＦ（遮光）電圧を印加する。

【００９４】２列目Ｖb(2)には、ｔ１：Ｔr(1,2)へＯＦＦ（遮光）電圧ｔ２：Ｔr(2,2)へＯＮ（透過）電圧を印加する。

【００９５】これにより、Ｔr(1,1)の電位Ｖgsは、ｔ１
で電位がＶs(H)となり、その結果、画素の状態がＯＮと
なり、ｔ２以降はＯＮ状態が保持される。Ｔr(1,2)の電
位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結果、画素
の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持される。Ｔr(2,
1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)となり、その結
果、画素の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以降は保持され
る。Ｔr(2,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(H)とな
り、その結果、画素の状態がＯＮとなり、ｔ２以降はＯ
Ｎ状態が保持される。

【００９６】以上のように、走査ゲート電極を行順次で
ＯＮ（導通）にし、それと同期させてデータ信号電極か
らＯＮ（透過）又はＯＦＦ（遮光）の電位を印加する。
その後、走査ゲート電極をＯＦＦ（非導通）にしても、
光変調素子が容量性の場合、画素電極の電位は保持され
ることとなる。

【００９７】次に、本実施形態の多階調駆動方法を説明
する。図１１は、第１実施形態で示した走査タイミング
ラインを説明するものであるが、図２１の半導体アクテ
ィブマトリクスによる第２実施形態においても同様の走
査タイミングとなる。従って、第１実施形態と同様の多
階調駆動方法が可能である。

【００９８】次に、本発明の駆動方法の第３実施形態を
説明する。この実施形態では、上述の第１、第２実施形
態に用いるアレイ型光変調素子を機械的スイッチにより
アクティブ駆動させる場合を説明する。図２４は第３実
施形態に用いる光変調部の平面図、図２５は図２４のＥ
−Ｅ断面図、図２６は図２４のＦ−Ｆ断面図である。

【００９９】基板１０１上には、ストライプ状の複数の
平行な走査信号共通電極１０３を形成してある。基板１
０１上には、少なくともこの走査信号共通電極１０３を
覆う絶縁層１０５を形成してある。また、基板１０１上
には、走査信号共通電極１０３に直交するストライプ状
の複数の平行なデータ信号電極１０６を形成してある。
基板１０１上の走査信号共通電極１０３とデータ信号電
極１０６とに包囲された四角形状の領域には、画素部共
通電極１０７及び光機能素子１０９を順次積層してあ
る。

【０１００】走査信号共通電極１０３に沿ってストライ
プ状に形成された絶縁層１０５上には、複数の支柱１１
１を絶縁層１０５の長手方向に沿って等間隔で設けてあ
る。支柱１１１の上端部には、ストライプ状の可撓薄膜
１１３及び走査信号電極１１５を順次積層して架設して
ある。可撓薄膜１１３は、絶縁材料からなる。この可撓
薄膜１１３と走査信号電極１１５とは、支柱１１１に架
設されることで、間隙を挟んで、絶縁層１０５に被覆さ
れた走査信号共通電極１０３と対向している。走査信号
電極１１５とデータ信号電極１０６とは、複数の交差部
１１６（図２４参照）を有するマトリクス状に配設され
ている。

【０１０１】光機能素子１０９の上面には、画素部共通
電極１０７とで光機能素子１０９を挟む画素電極１１７
を形成してある。絶縁層１０５上のデータ信号電極１０
６の近傍には、この画素電極１１７の一部分１１７ａ
（図２４参照）を延設してある。データ信号電極１０６
と、この画素電極１１７の一部分１１７ａとは、図２５
に示すように同一高さで、且つ間隙を隔てて平行に配設
してある。つまり、非導通状態に配設されている。

【０１０２】可撓薄膜１１３の下面には、金属等からな
る導電膜１１９を形成してある。導電膜１１９には、ア
ルミ、銅、銀、金等を用いることができる。導電膜１１
９は、データ信号電極１０６及び画素電極１１７に空隙
１２１を介して対向している。可撓薄膜１１３、データ
信号電極１０６、画素電極１１７、導電膜１１９は、マ
トリクス駆動手段である機械的導電スイッチ１２３を構
成している。機械的導電スイッチ１２３は、マトリクス
状に配設されたデータ信号電極１０６と走査信号電極１
１５との各交差部１１６に設けられている。

【０１０３】図２７はアクティブマトリクス素子の動作
状態を示す説明図である。このように構成されたアクテ
ィブマトリクス素子１２５では、図２７（ａ）に示すよ
うに、走査信号共通電極１０３に対して、走査信号電極
１１５が同電位であると、可撓薄膜１１３は静電気応力
を受けず撓まない。従って、データ信号電極１０６と画
素電極１１７ａとは、相互の間の抵抗が無限に近く大き
く非導通状態を保つ。

【０１０４】一方、図２７（ｂ）に示すように、走査信
号共通電極１０３に対して、走査信号電極１１５に電圧
を印加すると、可撓薄膜１１３が静電気応力によって基
板１０１側に撓み、可撓薄膜１１３の下方に位置するデ
ータ信号電極１０６及び画素電極１１７ａに導電膜１１
９が電気的に接触する。これにより、データ信号電極１
０６と画素電極１１７ａとの電位が等しくなる。

【０１０５】また、走査信号電極１１５の電圧をゼロに
すると、可撓薄膜１１３は弾性力により元の位置に復帰
し、データ信号電極１０６及び画素電極１１７ａから離
れる。これにより、図２７（ａ）に示す状態となって、
データ信号電極１０６と画素電極１１７とは、再び非導
通状態となる。

【０１０６】図２８は機械的導電スイッチによるアクテ
ィブマトリクスの等価回路図である。この例に示すｎ行
×ｍ列のアクティブマトリクスの構成例では、走査信号
ライン１１５に順次走査電圧を印加し、これに接続され
ている機械的導電スイッチ１２３を一斉にオン状態とす
る。同時に、画像信号ライン１０６から画像信号電圧Ｖ
b を印加し、機械的導電スイッチ１２３を通して各画素
の静電容量に電荷を蓄積する。１行の走査が終了する
と、機械的導電スイッチ１２３はオフ状態となり、画素
容量に蓄積された電荷はそのまま保持されることにな
る。

【０１０７】この後に他の行の走査のため、機械的導電
スイッチ１２３が非導通となっても上述の光変調状態は
維持され、複数の行のマトリクス変調が可能となる。

【０１０８】図２９は二行二列に配列した機械的導電ス
イッチを用いたアクティブマトリクスの等価回路図、図
３０は可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス線図
である。ここで、図２９に示す二行二列の画素電極に、
以下の電位を書き込む具体的な駆動方法を場合を説明す
る。Ｔr(1,1)＝ＯＮＴr(1,2)＝ＯＦＦＴr(2,1)＝
ＯＦＦＴr(2,2)＝ＯＮ

【０１０９】走査信号共通電極１０３に対する走査信号
電極１１５の電圧をＶg とすると、可撓薄膜１１３によ
るスイッチ特性は、図３０に示すようなヒステリシス特
性を有する。即ち、Ｖg がＶg-on以上になると導通（Ｏ
Ｎ）し、Ｖg-off 以下になると非導通（ＯＦＦ）にな
る。従って、機械的導電スイッチ１２３は、Ｖg がＶg-
onとＶg-off との範囲であれば、Ｖg の履歴によって、
ＯＮ、ＯＦＦの二つの状態を得ることができる。

【０１１０】同じ行に配列したＴr(1,1)、Ｔr(1,2)、又
はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極１１７は、共通の走査
信号ライン９１に接続してある。この走査信号ライン９
１には、電位Ｖg が印加される。また、同じ列に配列し
たＴr(1,1)、Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素
電極１１７は、共通の画像信号ライン８９に接続してあ
る。この画像信号ライン８９には、電位Ｖb が印加され
る。

【０１１１】このように構成したアクティブマトリクス
素子を駆動するには、走査信号に従って、行順次にＴr
(1,1)、Ｔr(1,2)、又はＴr(2,1)、Ｔr(2,2)の画素電極
１１７を走査し、これと同期させ、走査された画素電極
１１７に対応するデータ信号を列に配列したＴr(1,1)、
Ｔr(2,1)、又はＴr(1,2)、Ｔr(2,2)の画素電極１１７に
印加する。

【０１１２】この際、マトリクスには、図２３に示すよ
うな波形の電圧を印加する。これにより、第２実施形態
の半導体アクティブマトリクスの場合と同様に、Ｔr(1,
1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(H)となり、その結
果、画素の状態がＯＮとなり、ｔ２以降はＯＮ状態が保
持される。Ｔr(1,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位がＶs(L)
となり、その結果、画素の状態がＯＦＦとなり、ｔ２以
降は保持される。Ｔr(2,1)の電位Ｖgsは、ｔ１で電位が
Ｖs(L)となり、その結果、画素の状態がＯＦＦとなり、
ｔ２以降は保持される。Ｔr(2,2)の電位Ｖgsは、ｔ１で
電位がＶs(H)となり、その結果、画素の状態がＯＮとな
り、ｔ２以降はＯＮ状態が保持される。

【０１１３】以上のように、走査信号電極１１５を行順
次でＯＮにし、それと同期させてデータ信号電極１０６
から任意の電位を印加する。その後、走査信号電極１１
５をＯＦＦにしても、光機能素子１０９が容量性の場
合、画素電極１１７の電位は保持されることとなる。そ
の他の動作は、従来のトランジスタ形アクティブマトリ
クス素子と同様である。

【０１１４】このように、上述のアクティブマトリクス
素子１２５は、走査信号電極１１５とデータ信号電極１
０６をマトリクス状に配置した交差部１１６に、機械的
導電スイッチ１２３を設けた。機械的導電スイッチ１２
３は、静電気応力により可撓薄膜１１３を撓ませて、機
械的動作によってデータ信号電極１０６と画素電極１１
７とをＯＮ、ＯＦＦさせる。従って、従来、交差部に設
けられていたＭＯＳ形の半導体スイッチ部に代えて機械
的にスイッチ部を作動させることが可能になる。このた
め、従来の半導体スイッチ部を用いていたアクティブマ
トリクス素子が有する以下に述べる種々の欠点を解決す
ることができる。

【０１１５】即ち、半導体形成独自の成膜や不純物ドー
ピング工程が不要となり、パターンニング工程が少なく
なると共に、設計条件が緩やかになる。このため、スル
ープットや歩留りが向上し、低コストでの大面積化が可
能となる。従って、導電膜１１９に金属の使用できる上
述の機械的導電スイッチ１２３によれば、従来の半導体
スイッチ部に比べてキャリア移動度を高くすることがで
きる。このため、高精細・大面積においても、高速応答
が期待できる。

【０１１６】半導体膜の形成が不要となるため、接合条
件、不純物限度を厳密に管理する必要がなくなり、工程
条件を緩和することができる。

【０１１７】機械的導電スイッチ１２３を用いるため、
外部からの光入射、水分、酸素、イオン、有機物の侵入
に対する悪影響が半導体に比べて小さくなる。このた
め、これらの外乱による誤動作が生じにくくなり、動作
信頼性、耐久性を高めることができる。

【０１１８】次に、本実施形態の多階調駆動方法を説明
する。図１１は、第１、第２実施形態で示した走査タイ
ミングラインを説明するものであるが、図２８の機械的
スイッチのアクティブマトリクスによる第３実施形態に
おいても同様の走査タイミングラインとなる。従って、
第１、第２実施形態と同様の多階調駆動方法が適用可能
である。このような半導体、又は機械的スイッチ等で構
成されるアクティブマトリクスによれば、非選択期間で
は画素電極と画像信号ラインとのインピーダンスが非常
に高く、画像信号の如何に拘わらず光変調状態が維持さ
れる。従って、静電気応力により可撓薄膜を撓ませたり
遮光板を移動させることにより、光の透過率又は反射率
を変化させる光変調素子のヒステリシス特性やメモリー
性が不十分であった場合や、それらの特性がない場合で
も、安定した２値の光変調状態を得ることができ、高品
位な多階調制御を行うことが可能である。また、単純マ
トリクス構成よりも素子設計の自由度が増大する。ま
た、選択時に印加する画素電圧等に応じて光変調状態を
３値以上得ることも可能であり、この場合には、本発明
の時間分割階調と組み合わせて、更に階調数を増大させ
た多階調駆動も可能である。

【０１１９】尚、上述した各実施形態では、多階調を、
時間分割のみにより行う場合を例に説明したが、本発明
の駆動方法は、この時間分割による多階調駆動と他の階
調駆動方法とを組み合わせて用いるものであってもよ
い。この他の階調駆動方法としては、画素分割による多
階調駆動方法（面積階調方法）、或いは可撓薄膜の可撓
変位量を制御することによる多階調（光強度変調方
法）、ディザ法等を挙げることができる。

【０１２０】上述した各実施形態では、アレイ型光変調
素子の駆動方法の場合を例に説明したが、本発明は、こ
のように駆動されるアレイ型光変調素子を要部に有する
アレイ型露光素子の駆動方法としても適用できる。この
場合、平面光源として例えば紫外線を出射するものを用
いることで、平面光源から出射される紫外線を光変調
し、紫外線感光材料を露光することができる。

【０１２１】また、このようなアレイ型露光素子の駆動
方法は、アレイ型露光素子の露光光出射側に蛍光体を設
け、出射される光を蛍光体によって可視光又は赤外光に
波長変換して、可視光感光材料、赤外光感光材料を露光
するものであってもよい。

【０１２２】更に、上述した各実施形態のアレイ型光変
調素子の駆動方法は、アレイ型光変調素子の出射側に蛍
光体を設け、出射される光を蛍光体によって発光表示さ
せる平面型ディスプレイの駆動方法としても適用でき
る。

【０１２３】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明に係
るアレイ型光変調素子の駆動方法によれば、可撓薄膜を
静電気応力により変形させたり遮光板を移動させて、光
の透過率を変化させるアレイ型光変調素子において、走
査タイミングの重み付け周期を制御することにより、画
像データ書き込み時間を光変調素子が十分に応答可能な
値にすることができる。この結果、周辺回路への負担を
軽減しつつ、また、変調出力光量を殆ど損失することな
く多階調駆動を実現することができる。

【０１２４】また、空間光変調素子の行を相異なる複数
の時間間隔毎に選択走査するようにしたので、複数の選
択走査の間隔を組み合わせることにより、少ない走査回
数であっても階調数を飛躍的に増加させることができ
る。更に、複数の選択走査が時間的に多重化されると共
に、時分割による行選択方式によって画像データの書き
込みを行うので、全体の露光時間を大幅に短縮すること
ができる。

【０１２５】更に、半導体又は機械的スイッチにより構
成されるアクティブマトリクスによれば、画像信号の如
何に拘わらず光変調状態が維持されるため、光変調素子
にヒステリシス特性やメモリー性が不十分である場合、
又は無い場合においても、安定した２値の光変調状態を
得ることができる。また、素子の設計自由度を向上させ
ることができる。

【０１２６】そして更に、紫外線をアレイ型光変調素子
により変調し、その出力光を蛍光体に照射することで可
視化表示する平面型ディスプレイの駆動方法において
は、明るさを低減させることなく、また周辺回路への負
担を低減しつつ、素子の必要な応答時間を十分に長くし
て素子の設計自由度を向上させると共に、フリッカやち
らつきの発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の駆動方法に用いるアレ
イ型光変調素子の平面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図１に示したアレイ型光変調素子の動作状態を
説明する断面図である。

【図５】ブラックライト用低圧水銀ランプの分光特性を
示す説明図である。

【図６】光変調素子の光強度透過率を示す説明図であ
る。

【図７】印加電圧と光透過率との特性を示したヒステリ
シス線図である。

【図８】マトリクス状に光変調部を配置したアレイ型光
変調素子の平面図である。

【図９】走査電極電圧及び信号電極電圧の組み合わせ
と、光変調部の電極間電圧との関係を示した説明図であ
る。

【図１０】マトリクス状に配置した各光変調部に異なる
波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説明図で
ある。

【図１１】アクティブマトリクスにおける走査信号のタ
イミングと走査タイミングラインの説明図である。

【図１２】ｎ行ｍ列のマトリクスを示す説明図である。

【図１３】本発明の第２実施形態による多階調駆動方法
における書き込み走査のタイミングチャートである。

【図１４】図１３中の一時刻における行選択信号タイミ
ングと走査タイミングを示す概略図である。

【図１５】図１３中の別の時刻における行選択信号タイ
ミングと走査タイミングを示す概略図である。

【図１６】多階調駆動方法による出力光の変調状態を示
す概略図である。

【図１７】本発明の第２実施形態に用いる光変調部の平
面図である。

【図１８】図１７のＣ−Ｃ断面図である。

【図１９】図１７のＤ−Ｄ断面図である。

【図２０】図１７に示した画素部の等価回路図である。

【図２１】半導体トランジスタによるアクティブマトリ
クスの等価回路図である。

【図２２】二行二列に配列した半導体アクティブマトリ
クスの等価回路図である。

【図２３】半導体アクティブマトリクスの各光変調部に
異なる波形の電圧を印加してデータを書き込む方法の説
明図である。

【図２４】本発明の第３実施形態に用いる光変調部の平
面図である。

【図２５】図２４のＥ−Ｅ断面図である。

【図２６】図２４のＦ−Ｆ断面図である。

【図２７】アクティブマトリクス素子の動作状態を示す
説明図である。

【図２８】機械的導電スイッチによるアクティブマトリ
クスの等価回路図である。

【図２９】二行二列に配列した機械的導電スイッチを用
いたアクティブマトリクスの等価回路図である。

【図３０】可撓薄膜のスイッチ特性を示すヒステリシス
線図である。

【符号の説明】

３５走査電極３９ダイヤフラム（可撓薄膜）４５信号電極５１光変調部５７アレイ型光変調素子７３ＴＦＴ（能動手段）１２３機械的導電スイッチ（能動手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】可撓薄膜を有する光変調部を１次元又は
２次元に配列し、該光変調部の前記可撓薄膜を静電気応
力により変形させ、光の透過率を変化させるアレイ型光
変調素子の駆動方法において、１フィールド期間に各走査の間隔を重みづけして複数回
走査することにより階調を得ることを特徴とするアレイ
型光変調素子の駆動方法。
【請求項２】前記各走査は、相異なる複数の時間間隔
毎になされる選択走査を時間的に多重化し、この多重化
走査を受けた相異なる複数の行から、時分割によって１
つの選択行を決定することを特徴とする請求項１記載の
アレイ型光変調素子の駆動方法。
【請求項３】前記複数の時間間隔が、２の等比数列１：２：………：２^(g-1)｛ｇは正の整数｝であることを特徴とする請求項２記載のアレイ型光変調
素子の駆動方法。
【請求項４】前記選択行の走査時間をτ、前記複数の
時間間隔数をｇとしたとき、基本周期ｇτで前記行選択
を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３記載のア
レイ型光変調素子の駆動方法。
【請求項５】前記複数回の走査は、走査シーケンスの
位相が隣接する行で互いに略１８０゜異なるインターレ
ース走査であることを特徴とする請求項１〜請求項４の
いずれか１項記載のアレイ型光変調素子の駆動方法。
【請求項６】前記光変調部の駆動が、走査された信号
電極に、信号電圧を直接印加する単純マトリクス駆動で
あることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１
項に記載のアレイ型光変調素子の駆動方法。
【請求項７】前記光変調部の駆動が、走査された信号
電極に、能動手段を介して信号電圧を印加するアクティ
ブマトリクス駆動であることを特徴とする請求項１〜請
求項５のいずれか１項に記載のアレイ型光変調素子の駆
動方法。
【請求項８】前記能動手段が、半導体スイッチである
ことを特徴とする請求項７記載のアレイ型光変調素子の
駆動方法。
【請求項９】前記能動手段が、静電気応力によって可
撓薄膜を作動させる機械的導電スイッチであることを特
徴とする請求項７記載のアレイ型光変調素子の駆動方
法。
【請求項１０】請求項１〜請求項９のいずれか１項記
載のアレイ型光変調素子の駆動方法によって露光光を光
変調し、感光材料を多階調露光させることを特徴とする
アレイ型露光素子の駆動方法。
【請求項１１】請求項１〜請求項９のいずれか１項記
載のアレイ型光変調素子の駆動方法によって露光光を光
変調し、該露光光を蛍光体によって可視光、又は赤外光
に波長変換し、感光材料を多階調露光させることを特徴
とするアレイ型露光素子の駆動方法。
【請求項１２】前記光変調部によって光変調される光
が、紫外線であることを特徴とする請求項８〜請求項１
１のいずれか１項記載のアレイ型露光素子の駆動方法。
【請求項１３】請求項１〜請求項９のいずれか１項記
載のアレイ型光変調素子の駆動方法によって出射光を光
変調し、該出射光によって蛍光体を発光表示させること
を特徴とする平面型ディスプレイの駆動方法。
【請求項１４】前記光変調部によって光変調される光
が、紫外線であることを特徴とする請求項１３記載の平
面型ディスプレイの駆動方法。